Existem processos físicos extremos acontecendo dentro das estrelas de nêutrons que provavelmente nunca serão estudados diretamente. Além disso, esses objetos são tão compactos que são invisíveis aos telescópios. Tudo o que a ciência possui são dados indiretos sobre estrelas de nêutrons e a capacidade de simular aproximadamente suas propriedades em computadores. No entanto, com algum esforço, a precisão de tais modelos pode ser aumentada ao mais alto nível.

Uma imagem combinada da Nebulosa do Caranguejo com uma estrela de nêutrons em luz visível, infravermelha e de raios X. Fonte da imagem: NASA

A estrela de nêutrons mais próxima fica a cerca de 400 anos-luz da Terra. Não temos, e durante milhares de anos não teremos, a tecnologia para enviar para lá uma estação de pesquisa. A esta distância, nenhum telescópio será capaz de ver uma estrela de nêutrons com diâmetro de apenas 20 km. Além disso, em condições terrestres é impossível reproduzir os parâmetros físicos dentro de uma estrela de nêutrons, onde a densidade da matéria é várias vezes maior que a densidade dos núcleos atômicos.

Um avanço na modelagem de estrelas de nêutrons provavelmente se tornará possível com o advento de poderosos simuladores quânticos. No entanto, hoje temos supercomputadores e desenvolvemos matemática quântica, o que pode ser suficiente para uma análise aprofundada da física das estrelas de nêutrons. Pelo menos isso foi afirmado recentemente por cientistas da Universidade do Colorado em Boulder e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts.

As propriedades internas de uma estrela de nêutrons, como pressão e densidade, são determinadas pelas equações da cromodinâmica quântica (QCD), que descrevem as fortes interações entre prótons, nêutrons e seus quarks constituintes. No entanto, estas equações não podem ser resolvidas para toda a estrela de nêutrons. Ao simplificar uma série de variáveis, os cientistas podem resolver equações para a camada exterior da estrela e o seu núcleo, mas a camada intermédia até agora foi descrita apenas por aproximação. Não houve solução direta.

Para contornar essa limitação, os pesquisadores usaram uma abordagem diferente: a cromodinâmica quântica em rede. Mas mesmo aqui havia um truque. Lattice QCD também não permite resolver diretamente equações para todo o volume de uma estrela de nêutrons. As equações tornam-se solucionáveis ​​se levarmos em conta a isospin, uma característica que distingue prótons de nêutrons pelo sinal de seus estados de carga.

Usando o modelo proposto para descrever estrelas de nêutrons, os cientistas estabeleceram limites para o tamanho desses objetos e obtiveram novas restrições estritas às propriedades de seu interior. Uma das conclusões deste trabalho foi a suposição de que as massas das estrelas de nêutrons poderiam exceder duas massas solares, o que anteriormente era considerado o limite teórico para tais objetos. Cálculos de supercomputadores forneceram muitos dados interessantes. No entanto, sem o próximo passo – confirmar as propriedades calculadas das estrelas de neutrões utilizando observações astrofísicas – estes resultados continuam a ser uma hipótese promissora e uma ferramenta para encontrar novas formas de as estudar. E isso já não é uma conquista pequena.

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